Rolls-Royces SMR behöver 10,000 XNUMX gånger mindre mark än vindenergi, bevisar "Iron Law of Power Density"

Förra månaden sa Rolls-Royce att de förväntar sig att få regulatoriskt godkännande från den brittiska regeringen till 2024 för sin 470 megawatt lilla modulära reaktor och att den kommer att börja producera kraft på Storbritanniens elnät 2029.

Kommer det att hända? Tiden får avgöra. Många kärnkraftsprojekt och startups har blåst förbi sina beräknade idrifttagningsdatum. Men Rolls-Royces tillkännagivande är viktigt av två skäl. För det första ger det mer trovärdighet till uppfattningen att en global kärnkraftsrenässans faktiskt är på gång. För det andra visar Rolls-Royces nya 470 megawatt reaktordesign att på grund av dess oöverträffade effekttäthet är kärnenergi det enda sättet vi kan producera el i stor skala samtidigt som vi bevarar den naturliga miljön och minskar utsläppen av växthusgaser.

Varför? Krafttätheten för de kärnkraftverk som Rolls-Royce planerar att bygga kommer att behöva 10,000 1,000 gånger mindre mark än ett vindprojekt och cirka XNUMX XNUMX gånger mindre mark än vad som kommer att krävas av ett solenergiprojekt. På grund av sin häpnadsväckande höga effekttäthet kommer de nya kärnkraftverken att behöva mycket färre resurser som mark, stål, neodym, koppar och betong, vilket bevisar vad jag har kallat järnlagen om krafttäthet. Mer om det om ett ögonblick.

Om du hoppade över fysik på gymnasiet (det gjorde jag) kanske du inte förstår varför effekttäthet spelar roll. Inga problem. Här är en snabb primer. Energi (mätt i joule eller Btu) är förmågan att utföra arbete. Effekt (mätt i watt eller hästkrafter) är den hastighet med vilken arbetet utförs. Vi bryr oss inte om energi. Det vi vill ha är makt. Vi bryr oss inte nödvändigtvis vilken form av energi (olja, sol, kol eller gas) som används för att flytta vår bil, köra vår tv eller laga vår filet mignon, vi bryr oss bara om att vi har den kraft vi behöver för att få vårt arbete utfört. Och följden av det är också sant: ju mer kraft vi har (datorkraft, värmekraft, drivkraft, kokkraft) desto mer arbete kan vi göra.

Effekttäthet är måttet på energiflöde som kan utnyttjas från en given yta, volym eller massa. Det vill säga hur många watt vi kan få per kvadratmeter, liter eller kilogram. Och det leder tillbaka till järnlagen om makttäthet. Jag lånade konceptet järnlag från författaren och professorn vid University of Colorado Roger Pielke Jr., som myntade klimatets järnlag, som säger att när de tvingas välja mellan ekonomisk tillväxt och klimatåtgärder kommer politiker och beslutsfattare alltid att välja ekonomisk tillväxt.

The Iron Law of Power Density är en kusin till Pielkes edikt. Det står: ju lägre effekttäthet desto högre resursintensitet. Om du förlitar dig på en källa med låg effekttäthet som majsetanol (0.1 watt per kvadratmeter) eller vindenergi (1 watt per kvadratmeter) måste du motverka det ynka energiflödet med stora insatser av andra resurser. För etanol betyder det att man använder mycket mark, gödningsmedel och dieselbränsle för att odla tillräckligt med majs för att producera meningsfulla mängder flytande bränsle. Förra året rapporterade Dave Merrill, en bra reporter och dataanalytiker på Bloomberg, att "Två tredjedelar av USA:s totala energiavtryck ägnas åt...majs som odlas för etanol. Det kräver mer mark än alla andra kraftkällor tillsammans.” Merrill fastställde att biobränslen (främst majsetanol) använder cirka 80,000 XNUMX kvadratkilometer, ett område större än delstaten Nebraska.

Vindenergi har samma problem som etanol. För att producera meningsfulla mängder elektricitet kräver vindprojekt stora landområden och svindlande volymer av stål, betong, koppar och sällsynta jordartsmetaller. Dessa markanvändningskrav är en av huvudorsakerna till att vindenergi möter så hårt motstånd över hela landet. Som jag visar i Renewable Rejection Database, cirka 331 samhällen över hela landet har avvisat eller begränsat vindprojekt sedan 2013. Det senaste avslaget inträffade den 5 maj i Crawford County, Ohio, som avvisade ett vindprojekt som föreslagits av Apex Clean Energy, ett företag som hade sett hårt motstånd mot sina projekt inklusive de nu döda Lighthouse Wind-projektet i New York som skulle täcka cirka 20,000 XNUMX hektar.

Som jag förklarar i min senaste bok, En fråga om makt: elektricitet och rikedomarnas rikedom, och i grafiken ovan betyder vindenergins låga effekttäthet att för att möta USA:s befintliga elbehov med enbart vindkraftverk skulle det krävas en landyta som är dubbelt så stor som Kalifornien. Det är en absurd mängd territorium, särskilt med tanke på att det är nästan omöjligt att bygga vindkraft i Kalifornien.

Hur är det med solenergi? Den har högre effekttäthet än etanol eller vind - cirka 10 watt per kvadratmeter - men det kräver också massor av materialinsatser inklusive polykisel, stål och koppar. Det kräver också mycket mark, vilket är anledningen många samhällen över hela landet avvisar Big Solar.

Nu tillbaka till Rolls-Royce. Företagets 470 megawatt SMR kommer att kosta cirka 2.3 miljarder dollar och kommer att kräva en plats på cirka 10 hektar. Det betyder att det nya kraftverket kommer att ha en effekttäthet på över 10,000 470,000,000 watt per kvadratmeter. Här är matematiken: 40,489 11,608 90 watt dividerat med 90 10,447 kvadratmeter = 2,000 XNUMX watt per kvadratmeter. Om vi ​​antar en kapacitetsfaktor på XNUMX % (vilket innebär att anläggningen kommer att arbeta med full effekt XNUMX % av tiden) så blir det XNUMX XNUMX watt per kvadratmeter. För att vara tydlig, det är en mycket hög siffra. Som jag visar i den andra grafiken direkt ovan var effekttätheten för det nyligen slutna Indian Point Energy Center i Buchanan cirka XNUMX XNUMX watt per kvadratmeter.

Rod Adams, en ledande kärnenergianalytiker och utgivare av Atomic Insights och värd för Atomic Show-podden, är hausse på Rolls-Royce-reaktorn. Han sa att företaget har pengarna och statligt stöd som borde göra det möjligt för det att lyckas och få den nya SMR byggd. "Det är ett tekniskt sofistikerat företag med årtionden av erfarenhet av att bygga komplexa maskiner inklusive flygmotorer och kärnkraftverk för ubåtar," sa han till mig i torsdags.

Ett annat positivt tecken: Storbritanniens premiärminister Boris Johnson ger kärnkraft en stor kram. Tidigare denna månad, när han besökte Englands kärnkraftverk i Hartlepool, sa han att kärnkraft är "absolut avgörande för att avvänja oss från fossila bränslen, inklusive rysk olja och gas." Han sa också att Storbritannien kommer att bygga massor av reaktorer. "Istället för en ny varje årtionde, kommer vi att bygga en varje år, försörja hem med ren, säker och pålitlig energi."

För att vara säker säger Boris en massa saker. Och ja, vi har hört talas om återhämtningen i den globala kärnkraftssektorn tidigare. Men den här gången kan det faktiskt bli annorlunda. Flera faktorer, inklusive skyhöga globala priser på naturgas och kol (Newcastle-riktmärket ligger nu på cirka 400 dollar per ton), och enorm osäkerhet på grund av Putins invasion av Ukraina, ger kärnkraftssektorn en våg av hopp och kapital. Men kom ihåg, det är inte bara Rolls-Royce. Tidigare denna månad, NuScale Power (ticker: SMR) börsnoterades på New York Stock Exchange. Frankrike har sagt att det kommer att stärka sin kärnkraftsindustri.

Denna utveckling är goda nyheter för den naturliga miljön, för våra fåglar, fladdermöss, insekter och, ja, för människor. Istället för den landskapsförödande energiutbredningen som kommer med vind- och solprojekt, lovar den nya kärnkraftseran att leverera reaktorer med superhög effekttäthet som skonar naturen och ger mer koldioxidfri juice till våra elnät. Rolls Royce har inte bara en teknik som är bättre än vind eller sol. Den har en teknik som är 10,000 XNUMX gånger bättre.